由于高耐用的电子应用（例如便携式电子产品，电动汽车等）的需求不断增长，已经迫切要求具有更高能量/功率密度和更长使用寿命的可充电电池。得益于其无与伦比的理论比容量（3860 17 mAh / g）和最低的电化学还原电位（相对于SHE为-3.04 V），锂（Li）金属被认为是下一代储能设备的“圣杯”负极材料。然而，锂金属负极的商业应用仍然受到其低库仑效率（CE）和由锂枝晶引起的致命安全隐患的阻碍。已经提出了各种策略来在锂金属和有机电解质之间构建稳定的界面。通过AlCl3、LiNO3、Li硫化物和LiTFSI等添加剂调整原位形成的SEI已引起极大的关注。

有鉴于此，北京航空航天大学宫勇吉教授，电子科技大学张晓琨副研究员报道了由氟化石墨纳米片和聚偏二氟乙烯（GFNs-PVDF）改性隔板组成的薄膜，以在Li金属负极上原位构建保护层。复合修饰的隔膜，实现了调节原始SEI和抑制锂枝晶的协同优点建立原位保护层的策略。

文章要点

1）研究人员通过在聚丙烯（PP）隔板（Celgard 2400）的顶部上刮涂由氟化石墨纳米片（GFNs）和聚偏二氟乙烯（PVDF）组成的复合材料，可以大规模制成改性隔膜（GFNs-PVDF@PP）。

2）SEM显示，没有剥落的氟化石墨（GF）的大小和厚度是随机分布，而制备的GFNs的特征是超薄且厚度均匀。TEM图像显示GFN具有超薄厚度的纳米片状形态，HRTEM图像显示GFN具有无序的原子结构。GFNs-PVDF@PP的横截面SEM图像表明，涂层紧密粘附在隔板表面。10 μl有机电解质可以很容易地渗入涂层并润湿GFNs-PVDF@PP隔膜，这表明，改性隔膜对有机电解质的亲和力强。

3）研究人员为了评估GFNs-PVDF复合材料在稳定锂金属负极方面的效果，制造了Li|GFNs-PVDF@Cu半电池和对称的Li|Li电池，并在一系列条件下进行了测试。这种有机/无机保护层的机械性能大大提高，可确保有效限制锂枝晶的生长。GFN与锂金属反应生成的LiF和石墨烯纳米片不仅可以提供锂离子的快速传输通道，而且可以保护锂金属负极不受电解液连续腐蚀的影响。GFNs亲锂性质保证了均匀的Li成核位点以及锂金属与保护层之间的完美接触而没有空隙，从而导致低界面阻抗和逐层锂沉积。

Jing Xiao, et al, In-situ formed protecting layer from organic/inorganic concrete for dendrite-free lithium metal anodes, Nano Lett., 2020

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01085

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01085